モーターの回転数

質問

駄文で失礼します。
　機械科学部生で電子回路は超・初心者です。
タイトル通りモーターの回転数を計測したいと思っています。具体的には透過型フォトインタラプタでの計測を予定しています。
　その信号をFFTあたりに入力しようと思っていますが、そのような計測系を製作するににあたり、何が必要なのでしょうか。また製作までの具体例が判りやすく載っているＨＰなどありましたら教えていただけると助かります。
　前述したとおり小生は回路について皆無といっていいほど知識がなく、どこから手を付けて言いか困っています。ご教授いただければ幸いです。
　計測対象のモーターはラジコン等で用いられている12Ｖのモーターです。負荷をかけた状態で、できるだけ過渡時の回転数ふるまいを見たいと考えています。
　よろしくお願いします。

回答No.5

Teleskope · ベストアンサー

補足拝見しました。モーターの現物をお持ちなら停動トルクだけでも実測して教えていただけませんか。
　高速のフォトインタラプタを買ってNo2に書いた「パソコンで録音」を試してみることをお奨めします。
もしまだモーターもインタラプタも決めてない全く白紙の状態なら、もう少し具体性が増してから再度質問をした方が良いかも知れません。回転数も何もわからない当てずっぽうで測定回路を書いても、買った部品が無駄になるのは申しわけないので。

　参考までに、我々電気屋でも普通、回転数を実視する場合の第一選択は、タコジェネレータの出力をオシロスコープで記録することです。もしオシロがディジタルでない古風なものなら、上記の「パソコンで録音」が正直お奨めです。いったんデータファイルになればあとはエクセルなどで料理できますんで、オシロよりはお奨めです。

↓検索をどうぞ。
http://www.google.com/search?num=100&hl=ja&as_qdr=all&q=%22DC%E3%82%BF%E3%82%B3%22.OR.%22%E7%9B%B4%E6%B5%81%E3%82%BF%E3%82%B3%22+-%E3%82%B2%E3%83%BC%E3%83%A0&lr=
↓一例です。
http://www.tamagawa-seiki.co.jp/japan/products/sensor/dc.html

それからこれはこの種のレスにいつも書いてる定番ですが；　もしこれから電子工作にクビを突っ込むのなら、アナログ（抵抗やコンデンサやトランジスタやアンプのような方）でなく最初からマイコンに行ってください。PICやAVRです。将来が開けます。　アナログは一見必要最低限のことができるように見えるので填りがちですが、マイコンを覚えた跡のパワー（可能性）に較べたらはっきり言って大人と子ども、手間と時間の浪費です。

回答No.4

noname#60878

要は予算と精度と急ぎ具合です。
予算があって、多数を精度良く計測しようとするなら、ロータリーエンゴーダ使うことです。いいろいろなタイプが既製品であります。軸を繋いで、信号を取り入れるだけ。
計測機を作ること自体は目的ではないが、計測実験として、できるだけ自作装置で計測したいという意図だと推測して回答します。

まず、１回転の中での速度の変動を拾う必要があるのか、1回転にかかる時間程度の時間の変動(回転数)で良いのか。逆回転の必要はありますか。計測中の回転数の変動の幅は数十倍程度ですか？数百倍以上ありますか？
データの処理はデジタル的に？アナログ的に？

１回転の時間よりも短い時間での変動を測定する必要があるならば、円盤あるいは円筒に等間隔に線を多数入れた物を用意します。それよりもずっと遅い変動ならば、線(切れ込みなど)を１個で良いでしょう。１回転で１個のパルスが出ることになります。この線の通過をインタラプタで拾います。一定時間に得られたパルスを計測して周波数を計測するか、パルスの間隔を計って逆数を求めるか。ＦＦＴと書かれていることから、後処理されるのだろうと思いますが、この点からは、一定のパルス数の間の時間を計測する回路が簡単だと思います。たとえばパルス10個の間の時間といった具合。このあたり、測定するパルスの周期に合わせたデジタルカウンタ回路の設計がひとつのポイントでしょう。
アナログ出力が欲しい場合・・・インタラプタの出力のパルスを整形して、積分して・・・パルス回路とアナログ回路の設計ですね。

どちらにしても必要なのは、インタラプタの出力を整形する回路です。普通は、インタラプタの出力はきれいな矩形にはなっていません。台形のスロープがある程度急傾斜でノイズが乗ってなければ良いのですが・・・何かのフィルタ的な処置が必要でしょう。フィルタ、ヒステリシスコンパレータ、ノイズゲート回路など。モータ自体が電界も磁界もノイズの固まりですから、この回り込みが無いように配慮すると良いでしょう。最低でも、モータ駆動系の電源は分離したいです。モータ自体の電圧や電流や負荷の測定系と回転数の測定系(のセンサ部分)を分離できるとノイズ対策は楽になります。分離には、電池の使用やフォトカプラなど使うのも効果的でしょう。(ちなみに、モータの極数が判っていれば、電源に載ってくるパルスを検出して回転数が判りますよ。)

フォトインタラプタの使用については、透過部分の透明度やホコリ対策、外来の光の影響を考慮する必要がある事があります。簡単な物でも感度調節を付けておく方が良いでしょう。外来光に対しては、覆いが有効な場合があります。
検出部の機械的な精度と強度(高速回転でのブレが出ないように)も配慮が必要です。ブレがあれば計測の精度に影響します。

回答No.3

Teleskope

似たような話によく乗ってます。一番すぐできるのは、フォトインタラプタの出力をパソコンのオーディオ入力端子（マイク入力でなくライン入力）につないで、フリーウエアの録音ソフトで波形を録音＝記録することです。
　これで立ち上がりの様子がオシロスコープのように見れます。パルスの時間間隔を読みとって逆数を計算すれば、瞬時周波数が得られます。
　接続は抵抗を使って電圧を分割して1ボルトより小さくなるようにすればいいでしょう。

　もし、もっと説明が必要でしたら、そちらの状況を教えてください。
1.個人的趣味ですか。
2.精度を要しますか。
3.オシロスコープを使える環境ですか。
4．ハンダ付けの経験は？
5.手許にトランジスタやコンデンサや抵抗があるのか気軽に買いに行ける環境ですか。
6.一定の電圧を出せる電源はどんなものを使ってますか。
7.モータの名称、メーカー、代表的回転数など、何でもわかる範囲をできるだけ教えてください。回転子の慣性モーメントがわかれば大変参考になります。
8.負荷はプロペラですか。できれば慣性モーメントを。
9.フォトインタラプタのメーカーと品名を詳細に。
10.FFTなどの知識、時間波形とか、周波数とは何か、とかの知識は有るとみてよろしいですね？
11.その他何でも。急ぐ話なのかとかです。

お礼

丁寧な解説ありがとうございます。

1.個人的趣味ですか。
＞趣味ではないです
2.精度を要しますか。
＞定常になるまでの回転数変移を視覚的に見れれば、それほど精度はいりません。
3.オシロスコープを使える環境ですか。
＞つかえます。
4．ハンダ付けの経験は？
＞あります。
5.手許にトランジスタやコンデンサや抵抗があるのか気軽に買いに行ける環境ですか。
＞いけます。
6.一定の電圧を出せる電源はどんなものを使ってますか。
＞
7.モータの名称、メーカー、代表的回転数など、何でもわかる範囲をできるだけ教えてください。回転子の慣性モーメントがわかれば大変参考になります。
8.負荷はプロペラですか。できれば慣性モーメントを。
143kgmm^2の軸に偏心させて35kgmm^2の錘をのせたものを2つのボールベアリングとケースで支え、それを回転させます。急いで計算したのでおおざっぱな値です。
9.フォトインタラプタのメーカーと品名を詳細に。
＞いくつかありますが、どれを使うか決まっていませんし、必要であれば買いに行こうと思っています。
10.FFTなどの知識、時間波形とか、周波数とは何か、とかの知識は有るとみてよろしいですね？
＞あります。
11.その他何でも。急ぐ話なのかとかです。

回答No.2

foobar

過渡時の回転数変化測定にFFTをどのように使われる予定なのかがよくわからないのですが、、。
（
FFTアナライザを単なるデータレコーダとして使って、後処理で速度変化を出す？
パルス列をFFT解析して、周波数分布をだしてそこから速度の応答を調べる？
後者だと、過渡的な速度変化を観測するには向いてないような気もします。）

いくつか留意点があるでしょうが思いつくところを、、。
過渡時の速度変化の割合は、軸が一回転する時間と比べて充分ゆっくりしているか。1回転辺りインタラプタを横切る歯がひとつだと、測定できるのは軸一回転辺りの平均速度です。軸一回転より短い時間の応答は観測できません。また、歯の数を増やすときには、歯の間隔を均等にそろえる必要があります。（間隔にばらつきがあると、それが速度検出のばらつきになって出てきます）

回答No.1

angkor_h

>小生は回路について皆無といっていいほど知識がなく
⇒こういうことを書きながら、「計測系を製作するににあたり」と聞かれても、答えようがありませんね。

強いて回答してみます。
発光ダイオードとフォトダイオードを組み合わせて、モータ回転でその光をさえぎると、フォトダイオードが受光の有り無しのパルスを出力します。それを時間で解析すればよいと思います。
回路を作れないのであれば、そのような計測器を探してくるしかないと思います(目的に対して余りにも不経済ですが)。